053] 首先获取监测目标区域的详细地形图，重点标注不可分布区域（也即图3所示的 代表各建筑物的矩形框）的边界坐标。通常该个步骤是将实际测量数据导入到电脑中W形 成相应的电子地图。
[0054] 将目标区域的边界W及不可分布区域的边界离散化，并将该些M个离散点当作固 定的点电荷（如图4所示）。固定点电荷的带电量为化。
[0化5] 在目标区域内的可布点区域中随机地布置N个监测点，并将该些监测点当做自由 的点电荷（如图5所示）。自由点电荷的带电量为Qj.。此时，监测点的位置可W视为初始 化分布。
[0056]调整监测点的位置并分析自由点电荷的受力情况。在此实施例中，固定点电荷与 自由点电荷带有同种电荷，彼此之间互相排斥。为了防止自由点电荷在运动过程中进入到 不可分布区域内，可W将固定点电荷的电量设置成自由点电荷的电量的十倍，W增大固定 点电荷对自由点电荷的排斥力。第i个自由点电荷e,与第j个固定点电荷ej.之间的库仑 力大小为：
[0057]
[005引其中k为库伦常量，Qi为e厮带电量，Qj为ej厮带电量，r。为自由点电荷与固定 电荷之间的欧式距离，可W表示为ry=Mri-rj.ll。由于每个自由点电荷都会受到其他M 个固定点电荷和N-1个自由点电荷的库伦力，所W自由点电荷e;所受的库伦合力可W表示 为：
[0059]
[0060]其中r郝rj.分别为自由点电荷e郝固定电荷ej斯位置。自由点电荷在库仑力的 作用下开始运动，假设库仑力在At时间间隔内保持不变，自由点电荷曰1的加速度为：
[0061]
[0062] 其中m'为自由点电荷e;的质量，在该里假设m'=1。经过At时间，其运动的 距离为：
[0063]
[0064] 根据上式计算出自由点电荷e在At时间后的位置，也即在调整监测点的位置 后，自由点电荷具有新的状态。在新的状态下，自由点电荷的受力情况发生改变，还需要 重复W上步骤进行迭代计算。为了减轻计算量，可W在每次迭代后将自由点电荷的速度重 置为0,直到e;的受力为零。上面只对自由点电荷e进行了分析，余下还有N-1个自由点电 荷，需要对余下的每个自由点电荷均进行迭代计算。当每个监测点的自由点电荷所受合力 均为零时，就可W判定此时N个自由点电荷均匀地分布在目标区域中的可布点区域内。换 言之，达到全局最优化分布。由此，找到监测点的最佳布置方式。
[00化]由于在进行迭代计算时，直接计算的计算量非常大，会导致算法时延增加，因此如 何在短时间内寻找到全局最优解成为迭代计算的关键。为了达到快速寻找空间最优解的目 的，在计算过程中，可W设置目标方程，根据目标方程的变化对状态变化进行调整。在本实 施例中，为了找出自由点电荷受力不断变小的状态，优选地将目标方程设定为点电荷在当 前状态下所受合力与在前一状态下所受合力之差，即；
[0066]
[0067] 其中巧"+'是第i个自由点电荷经过第（m+1)次迭代后所受库伦合力，町是第第 i个自由点电荷经过第m次迭代后所受库伦合力。由于最终目的是让合力趋近于零，因此 〇(巧需要不断变小。关于该点，根据Metropolis判定准则，在迭代过程中不断进行判定。 若目标方程小于等于零，则W概率1接受当前状态；若目标方程大于零，则W-定概率接受 当前状态。
[0068] 根据Metropolis接受准则，接受一个新的状态的概率方程为
[0069]
[0070] 其中Si代表前一个状态，Sw代表后一个状态。此处，T代表系统温度，改变系统 温度T是模拟退火算法中Metropolis接受准则的需要，当迭代次数等于指定的阔值时，缓 慢地降低系统温度。
[0071] 不同状态间的系统温度表示为 [007引T"i=0.Ti
[007引其中0 G0)，1)。
[0074]若结果为不接受当前状态时，则需要调整监测点位置，也即将自由点电荷搬移至 随机生成的新位置，继续进行迭代计算，直至获得全局最优解。
[0075]在此实施例中，当T=0或F=0时，此时的状态为全局最优解，自由点电荷达到 均匀分布的状态。换言之，当每个自由点电荷所受合力均为零或者系统温度为零时，自由点 电荷的坐标即为实际中监测点的布置坐标（如图6所示），监测点W最大限度均匀地分布在 了可布点区域内。
[0076]本发明提出的无线电环境监控系统监测点分布方法，与现有技术相比，具有很强 的普适性，不需要针对不同的监控环境做特殊的处理。同时，本发明为一步式布点方案，具 体表现在W下两个方面：
[0077] 1)本发明可W自动地防止监测点分布到不可布点区域内，而不需要后期对落入不 可不点区域内的采样点进行二次处理；
[007引2)本方法在可W布点区域内自动完成全局最优的布点方案，不会有局部最优，且 由此必须进行后期处理的情况发生。
[0079] 而且，从实际的数据分析对比可W发现，按照本方法提供的监测点分布方案进行 监测点分布，能够还原出更加精确的全局无线电环境。
[0080]w上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟 悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于无线电环境监测的监测点布置优化方法，包括以下步骤： 甄别步骤，甄别监测目标区域中的不可布点区域和可布点区域； 离散步骤，将目标区域的边界和目标区域内的不可布点区域的边界离散化，并为离散 点设置固定点电荷； 布点步骤，在目标区域内的可布点区域中随机布置监测点，并为监测点设置自由点电 荷； 判断步骤，调整监测点的位置并分析自由点电荷的受力情况，当每个监测点的自由点 电荷在固定点电荷和其它自由点电荷的作用下都处于受力平衡状态时，判定当前自由点电 荷的位置为最佳的监测点位置。2. 根据权利要求1所述的监测点布置优化方法，其特征在于： 所述判断步骤，在每次调整监测点的位置后，计算每个监测点的自由点电荷在调整位 置前与在调整位置后的受力的差值，基于所述差值的大小来判断自由点电荷是否处于受力 平衡状态。3. 根据权利要求2所述的监测点布置优化方法，其特征在于，所述判断步骤通过全局 迭代法查找最佳的布置位置，包括以下步骤： S100,调整监测点的位置并分析自由点电荷的受力情况，计算自由点电荷在调整位置 前与在调整位置后的受力的差值； S200,判断所述差值是否大于零： 若是，按照一定的概率接受当前自由点电荷的位置； 否则，按照100 %的概率接受当前自由点电荷的位置； S300,判断调整次数是否小于指定阈值： 若是，返回步骤SlOO; 否则，执行步骤S400 ; S400,判断是否满足终止条件； 若是，执行步骤S500 否则，修改全局迭代计算的相关参数，返回步骤SlOO; S500,输出当前自由点电荷的位置作为最佳的监测点位置。4. 根据权利要求3所述的监测点布置优化方法，其特征在于： 所述步骤S200中，若所述差值大于零，则按照Metropolic准则计算的概率接受当前自 由点电荷的位置。5. 根据权利要求4所述的监测点布置优化方法，其特征在于： 所述步骤S400中，终止条件包括每个自由点电荷所受合力均为零或者系统温度为零。6. 根据权利要求4所述的监测点布置优化方法，其特征在于： 所述步骤S400中，全局迭代计算的相关参数包括系统温度和调整次数的指定阈值。7. 根据权利要求6所述的监测点布置优化方法，其特征在于： 所述步骤S400中，修改迭代计算的相关参数包括降低系统温度和重置调整次数的指 定阈值。8. 根据权利要求1至4任意一项所述的监测点布置优化方法，其特征在于： 设置的固定点电荷和自由点电荷，要满足避免自由点电荷进入不可布点区域的条件。9. 根据权利要求8所述的监测点布置优化方法，其特征在于： 固定点电荷与自由点电荷带有同种电荷。10. 根据权利要求8或9所述的监测点布置优化方法，其特征在于： 固定点电荷的电量是自由点电荷的电量的十倍。
【专利摘要】本发明公开了一种用于无线电环境监测的监测点布置优化方法，包括以下步骤：甄别监测目标区域中的不可布点区域和可布点区域；将目标区域的边界和目标区域内的不可布点区域的边界离散化，并为离散点设置固定点电荷；在目标区域内的可布点区域中随机布置监测点，并为监测点设置自由点电荷；调整监测点的位置并分析自由点电荷的受力情况，当每个监测点的自由点电荷都处于受力平衡状态时，判定当前自由点电荷的位置为最佳的监测点位置。通过本发明提出的优化方法，监测点能够在可布点区域内合理化分布，并且还能够避开不可布点区域。
【IPC分类】H04B17/382
【公开号】CN104917575
【申请号】CN201510178997
【发明人】张轶凡, 冯志勇, 黄亚建, 周浩, 陈凯
【申请人】北京邮电大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年4月15日